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摘要：在這種情況下，以防干擾其他集群租戶，調度器可能會考慮將作為驅逐的候選對象。其結果是負載均衡和調度之間交互作用。
每當談及Kubernetes，我們經常聽到諸如資源管理、調度和負載均衡等術語。雖然Kubernetes提供了許多功能，但更關鍵的還是要了解這些概念，只有這樣才能更好地理解如何放置、管理并恢復工作負載。在這篇文章中，我提供了每個功能的概述，并解釋了它們是如何在Kubernetes中實現的，以及它們如何相互作用，以提供高效的容器工作負載管理。
資源管理資源管理是對基礎設施資源的有效配置。在Kubernetes中，資源可以通過容器或pod來請求、分配或消耗。擁有一個通用的資源管理模型是非常必要的，因為在Kubernetes中，包括調度器、負載均衡器、工作池管理器甚至應用程序本身的許多組件，都需要有資源意識。如果資源利用不足，這就意味著浪費，意味著成本效益低下。如果資源被過度訂購，可能會導致應用程序故障、停機或錯誤的SLA等。
資源以它所描述的資源類型的單位來表示。例如，內存的字節數或計算容量的毫秒級。Kubernetes為定義資源及其各種屬性提供了明確的規范。
雖然，當今使用的主要資源類型是CPU和內存，但資源模型是可擴展的，允許多種系統以及由用戶自定義的資源類型。其他類型包括網絡帶寬、網絡操作和存儲空間。
資源規格在不同的環境下具有不同的含義。在Kubernetes中指定資源的三種主要方式如下：
ResourceRequest指的是為容器或Pod請求的一組資源。例如，對于每個Pod實例，一個Pod可以請求1.5個CPU和600MB內存。ResourceRequest可以視為描述應用服務對資源的“需求”。
ResourceLimit是指容器或pod可以消耗的組合資源的上限。例如，如果一個pod在運行時使用了超過2.5個CPU或1.2GB的內存，我們可能會認為它由于內存泄漏或其他問題而變得“流氓”了。在這種情況下，以防干擾其他集群租戶，調度器可能會考慮將pod作為驅逐的候選對象。
ResourceCapacity規范描述了集群節點上可用的資源量。例如，一個物理集群主機可能具有48個內核和64GB或RAM。集群可以由具有不同資源容量的節點組成。容量規范可以被視為描述資源“供應”。
調度在Kubernetes中，調度是將pod （由調度器管理的基本實體）與可用資源相匹配的過程。調度器考慮資源需求、資源可用性以及其他用戶提供的約束和策略指令，如服務質量、親和性/反親和性需求、數據局部性等等。本質上，調度器的作用是將資源“供應”匹配到工作負載“需求”，如下所示:
一些調度約束（簡稱FitPredicates）是強制性的。例如，如果pod需要具有四個CPU內核和2GB內存的集群節點，則該pod將保持在一個暫掛狀態，直到找到滿足此要求的集群主機為止。
在其他情況下，可能有多個主機滿足強制性標準。在這種情況下，PriorityFunctions被視為反映調度首選項。基本上，調度器采用滿足強制性FitPredicates的主機列表，根據用戶可配置的優先級功能的結果對每個主機打分，并找到滿足最大調度優先級數量的最佳優化配置方案。
在Kubernetes中，工作負載可以由數量不定的pod組成，每個pod都具有特定的資源需求。此外，工作負載和集群都是動態的，并具有伸縮性和自動擴展功能，因此，由于需要調度程序不斷地重新評估位置決策，pod的數量可能會發生變化。另外，由于Kubernetes的功能類似于cron作業，調度器需要考慮的不僅是當前的供應、需求和集群狀態，還需要考慮未來工作負載的預留容量。
把調度挑戰想象成俄羅斯方塊游戲，理解起來就不會那么難了。我們的目標是盡可能緊密地打包所有部分（有效利用資源）。但是，它們是多維的（需要特定的內存、CPU、標簽選擇器等等），而不是二維的游戲片段（pod）。無法匹配游戲的部分類似于無法運行的應用程序。游戲板不是靜態的，它隨著主機進出服務和服務規模的變化而變化。這就是Kubernetes調度的挑戰。
負載均衡負載均衡最終涉及將應用負載均勻地擴展到可變數量的集群節點上，以便有效利用資源。應用程序服務需是可伸縮的，即使關閉單個節點或組件出現故障仍可訪問。負載均衡與調度相比是另一個不同的挑戰，但這兩個概念具有關聯性。
Kubernetes依靠pod的概念來實現水平伸縮。提示：pod是與在同一主機上運行的應用程序功能相關的容器集合。要實現可伸縮，共享一個公共標簽的多個pod將跨多個集群主機運行。復制控制器負責確保應用程序中目標數量的pod正在運行，并根據需要創建或銷毀pod，以滿足此目標。每個pod都將在集群上擁有自己的虛擬IP地址，并可以隨時間而變，這就是服務的切入點。
Kubernetes的服務抽象出一組pod，提供了一個網絡端點。因為服務IP地址（如pod）具有僅在群集內可路由的IP，所以服務通常與入口資源耦合，提供了將外部IP地址和端口代理到服務端點的方法。這就使應用程序可用于外部世界。盡管在Kubernetes（包括使用云提供商提供的負載均衡器）中實現負載均衡有多種方式，但最通常使用的方式是上文介紹的涉及入站和服務的方式。
總結這一切與調度有什么關系？如上所述，通過pod的自動可伸縮功能，通過觀察到的CPU使用率動態，Kubernetes可以據此調整由復制控制器管理的pod數量。控制器定期查詢資源指標API以獲取每個pod的利用率，將其與創建自動伸縮控制器時指定的目標CPU利用率進行比較，并根據結果指示復制控制器來調整pod副本的目標數量。
其結果是負載均衡和調度之間交互作用。當外部客戶端創建負載時，通過入口訪問應用程序服務，pod所使用的CPU將會增加或下降。超出某些閾值，自動伸縮控制器將與復制控制器和調度程序進行交互，根據負載調整pod數量。該服務將會提供修改后的pod數及其位置，因此，pod數可能已經改變的事實對內網客戶和外部客戶來說是透明的。
平衡資源需求與應用需求的微妙之處就在于自動伸縮控制器、復制控制器和Kubernetes調度程序在資源需求、供應、約束和優先級方面的持續性的互相協調。所有這些都是在客戶端應用程序意識不到的情況下進行的。Kubernetes之所以成為容器化的工作負載領域廣受歡迎的編排解決方案。就在于它能夠高效、透明和可靠地執行這些操作，以便應用程序正常運行。
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